基于H桥级联型五电平逆变器Matlab仿真分析

基于H桥级联型五电平逆变器Matlab仿真分析

【摘 要】多电平逆变器广泛应用于电机调速等领域，本文在分析级联型逆变器的基础上，深入分析了SPWM控制技术及逆变器的谐波问题。通过Matlab/simulink软件对H桥级联型五电平逆变器进行建模仿真，得到了不同调制比情况下的电压及电流波形，并分析了不同调制比情况下的谐波问题。

【关键词】多电平逆变器；H桥级联；载波移相PWM；谐波 　　Simulation and Analysis of H-bridge Cascaded 5-level Inverter Based on Matlab 　　CHAI Ai-ping 　　(Department of Electronic and Information Engineering， Wuwei Occupational College， Wuwei Gansu， 733000) 　　【Abstract】Multi-level inverter has been widely used in motor speed regulation， and other fields.This paper first briefly introduced in the cascaded inverter，in-depth analysis of SPWM control technology and its harmonic problem.Based on the Matlab/simulink simulation platform，H-bridge cascaded inverter will be simulated.Then get the voltage and the current waveform by different modulation ratio， and analyzes the harmonic problems by different modulation ratio. 　　【Key words】Multi-level inverter； Vasvaded H-bridge； Varrier phase shifted SPWM； Harmonics 　　0 引言 　　多电平逆变器是以电力系统中直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等应用发展的需要，高压大功率交流电动机变频调速系统大量应用的需求，以及20世纪70年代以来两次世界性的能源危机和当前严重的环境污染所引起的世界各国对节能技术与环保技术的广泛关注为背景的[1]。 　　H级联型逆变器是一种由相同模块组成的多电平逆变器，当某模块出现问题时，可将其忽略，其余模块可继续维持逆变器的正常工作，大大提高了系统的可靠性；按载波移相SPWM控制技术进行PWM控制，各单元输出波形叠加即可得多电平输出，控制法比箝位型电路对各桥臂的简单，也易于扩展。同时，对不同调制比情况下的电压进行了谐波分析。 　　1 主电路拓扑结构 　　级联型多电平逆变器是采用功率单元串联叠加的级联式逆变结构，级联式多电平逆变器的主开关器件的耐压，被限定在向它所在基本功率单元供电的独立直流电源电压上，多个由独立直流电源供电的基本功率单元的交流输出侧串联叠加，就可以得到高压多电平电压输出。由于各个基本功率单元的直流电源电压是相互独立的，它们之间没有直接的电联系，因此不存在均压问题，对于m电平的逆变器，所需的单相全桥逆变器(2H)个数和独立电源个数为(m-1)/2，输出相电压的电平数为m，输出线电压的电平数为2m-1，本文取m=5，拓扑结构如图1所示。 　　图1 单相五电平逆变器拓扑 　　2 载波移相SPWM控制技术 　　级联式多电平逆变器的控制方法特别是H桥级联式多电平逆变器的控制方法，大多采用三角载波移相(PS)PWM控制法。这种控制方法有以下优点： 　　①在任何的调制比M下(任何基波频率下)，输出电压保持相同的开关频率。而其他的三角载波PWM控制方式在调制比M降低时，会出现部分H桥单元没有PWM电压输出，造成输出电压开关频率的下降，使得输出电压的谐波含量增加。 　　②H桥单元之间不存在输出功率不平衡的问题。因为在三角载波移相PWM控制方式下，各级之间的输出电压的PWM波形基本一致。而其他控制方式则会出现不一致，使得不同级层的H桥单元的功率不同。 　　③与主电路的模块化结构相一致，三角载波移相PWM方式中针对各个H桥单元的载波和调制波也呈现模块化结构。 　　④对于同样的三角载波频率，三角载波移相(Ps)方式的输出电压频率是载波频率的N倍(N为串联H桥单元个数，三角载波互差180°/N)[2]。 　　本文所研究的逆变器由两个全桥模块级联而成。对于两模块级